Conduction band photoelectron spectroscopy of layered semiconductors

Summary

Constant-initial-state (CIS) photoemission spectroscopy has been used to obtain-detailed information about the conduction band of GaSe and GaS. Synchrotron radiation allows one to measure the number of photoemitted electrons,N, as a function of both photon energy, ħω, and electron energy,E. CIS spectra are taken by sweeping the functional surfaceN=N(ħω,E) along a lineE−ħω=E _i=constant, whereE _i corresponds to the energy of a specific initial state. We have studied the main-initial-state photoemission peak in the GaSe and GaS valence band density of states (B peak). The GaSe conduction band displays five main features up to ∼ 11 eV above the vacuum level at (6.1÷6.2), (6.7÷6.9), (9.2÷9.4), (11.0÷11.2), and (13.1÷13.5) eV above the top of the valence band. The corresponding features for GaS are at 5.7, (7.1÷7.2), 8.8, (9.9÷10.0) and (10.9÷11.0) eV. The results are compared to UV reflectivity data and pseudopotential band structure calculations.

Riassunto

Si è usata la spettroscopia di fotoemissione a stato iniziale costante (CIS) per ottenere informazioni dettagliate sulla banda di conduzione di GaSe e GaS. La radiazione di sincrotrone permette di misurare il numero di elettroni fotoemessi,N, in funzione sia dell’energia del fotone, ħω, che dell’energia dell’elettrone,E. Si sono considerati gli spettri CIS spazzando la superficie funzionaleN=N(ħω,E) lungo una lineaE−ħω=E _i=costante, doveE _i corrisponde all’energia di uno stato iniziale specifico. Si è studiato il picco di fotoemissione dello stato iniziale principale nella densità degli stati (piccoB) della banda di valenza di GaSe e GaS. La banda di conduzione del GaSe rivela 5 strutture principali fino a ∼ 11 eV sopra il livello del vuoto a (6.1÷6.2), (6.7÷6.9), (9.2÷9.4), (11.0÷11.2) e (13.1÷13.5) eV al di sopra dell’energia massima della banda di valenza. Le strutture corrispondenti per GaS si trovano a 5.7, (7.1÷7.2), 8.8, (9.9÷10.0) e (10.9÷11.0) eV. Si confrontano i risultati con i dati di riflessione nell’ultravioletto e i calcoli di pseudopotenziale della struttura a bande ottenute con il metodo dello pseudopotenziale.

Резюме

Спектроскопия фотоэмиссии из фиксированного начального состояния используется для получения подробной информации о зоне проводимости GaSe и GaS. Синхротронное излучение позволяет измерить число испущенных фото-электронов,N, как функцию энергии фотона, ħω, и энергии электрона,E. Определяются спектры фотоэмиссии, описывая функциональную поверхностьN=N(ħω,E) вдоль линииE−ħω=E _i=const, гдеE _i соответствует энергии определенного начального состояния. Мы исследовали главный фотоэмиссионный пик для начального состояния в плотность состояний валентной зоны GaSe и GaS (В пик). Зона проводимости GaSe обнаруживает пять главных особенностей вплоть до ∼ 11 эВ выше вакуумного уровня при (6.1÷6.2), (6.7÷6.9), (9.2÷9.4), (11.0÷11.2) и (13.1÷13.5) эВ выше вершины валентной зоны. Соответствующие особенности для GaS имеют место при 5.7, (7.1÷7.2), 8.8, (9.9÷10.0) и (10.9÷11.0)эВ. Полученные результаты сравниваются с данными по ультрафиолетовому отражению и вычислениями зонной структуры псевдопотенциала.